DE2412020A1 - Positionstableau auf hohem aufloesungsvermoegen - Google Patents
Positionstableau auf hohem aufloesungsvermoegenInfo
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Description
Böblinge.n, den 28. Februar 1974
bl-sn/se
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, H.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: YO 971 094
Positionstableau auf hohem Auflösungsvermögen
Die- Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung
eines Positions Stiftes auf einem Positionstableau, wobei jeder Koordinatenrichtung des Positionstableaus ein Spannungsteiler
zugeordnet und mit einer■Klemmenspannung beaufschlagbar ist und ein Potential durch den eine Position markierenden Positionsstift auskoppelbar ist, dessen Größe zur Koordinatenbestimmung der
markierten Position benutzt wird.
eines Positions Stiftes auf einem Positionstableau, wobei jeder Koordinatenrichtung des Positionstableaus ein Spannungsteiler
zugeordnet und mit einer■Klemmenspannung beaufschlagbar ist und ein Potential durch den eine Position markierenden Positionsstift auskoppelbar ist, dessen Größe zur Koordinatenbestimmung der
markierten Position benutzt wird.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung
oben genannten Verfahrens.
Positionstableaus (graphische Datenanzeigetafeln) kann man grob
in analoge und digitale Typen unterteilen. Als Beispiel für die analogen Anzeigetafeln sei auf die US Patentschrift Nr. 3 466 646,
als Beispiel für digitale Anzeigetafeln sei auf die US Patentschriften
Nr. 3 647 963, Nr. 3 632 874 und 3 304 612 verwiesen.
Konventionelle Positionstableaus sind im allgemeinen so aufge-*
baut, daß sie einen Spannungsteiler wie z.B. einen linearen
Widerstand für jede Koordinatenrichtung enthalten. Die Spannung an einem Punkt an diesem Element ist Maß für den Koordinatenwert. Die Spannung an einem Punkt auf der Tafel wird mit einem
Widerstand für jede Koordinatenrichtung enthalten. Die Spannung an einem Punkt an diesem Element ist Maß für den Koordinatenwert. Die Spannung an einem Punkt auf der Tafel wird mit einem
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Positionsstift (Spannungsfühlerstift) abgefühlt. Dazu werden
kapazitive oder induktive Stifte verwendet. Bei herkömmlichen Systemen ist das Auflösungsvermögen einer solchen Tafel durch
die Elektronik des Systems begrenzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einer Modifi- *
kation konventioneller Positionstableaus zur Erhöhung des Auflösungsvermögens.
Außerdem soll ohne Herabsetzung des Auflösungsvermögens und der Linearität eine Vergrößerung des Positionstableaus
möglich sein.
Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter
Weise dadurch gelöst, daß der Spannungsteiler in einzelne
benachbarte Sektionen aufgeteilt wird, daß nur die Sektion der Stiftposition mit der Klemmenspannung
beaufschlagt wird,
daß die Koordinate der markierten Position aus der Sektionsnuirmer
und der Lage des Stiftes innerhalb der Sektion bestimmt wird, wobei sich letztere in an sich bekannter Weise dadurch bestimmen
läßt,
daß während einer Prüfperiode ein der Stiftposition entsprechendes
Potential mittels des Positionsstiftes ausgekoppelt und einerIntegratorschaltung zugeführt wird und innerhalb einer
nachfolgenden Referenzperiode die Integratorschaltung in einer Zeit to, welche dem Positionskoordinatenwert entspricht* entladen
wird, und daß
mit Beginn des Entladevorganges ein taktgesteuerter Zähler anläuft,
dessen Zählerstand beim Nulldurchgang des Entladesignales mittels eines Nulldetektors in ein Register ausgeblendet wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens liegen erfindungsgemäß darin,
daß die benachbarten Sektionen des Spannungsteilers zur Vermeidung
von Nichtlinearitäten einander überlappen; daß innerhalb der Klemmenanschlüsse At0 und A_. einer Sektion
nur der Bereich für eine Positionsbestimmung genutzt wird, in
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welchem eine lineare Abhängigkeit des auskoppelbaren Positionsstiftpotentiales
als Funktion des Ortes besteht; daß sich die Klemmenanschlüsse A... und B_-. zweier benachbarter
Hl LU
Sektionen um einen Betrag überlappen, der dem doppelten nichtlinearen
Bereich am Ende bzw. Anfang einer Sektion entspricht; . daß zur Ermittlung des Koord'inatenwertes der markierten Position
innerhalb einer Sektion der Zähler nur im linearen Teil der Sektion von O bis zu einem maximalen Höchstwert, je nach Höhe
der ausgekoppelten Signalamplitude, zählt; daß der auf die Maximalzeit T begrenzte Zählvorgang erst nach
einer Zeit δ nach der Prüfperiode begonnen wird, wobei die Zeit δ
dem nichtlinearen Teil am Anfang bzw. Ende einer Sektion entspricht;
und daß die Zeit δ durch Wahl eines am Eingang des Integrators
liegenden Widerstandes festgelegt wird, welcher entweder mit dem Referenzpotential oder im Falle der Prüfperiode mit Masse verbunden
wird.
Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in vorteilhafterweise erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß zur Zyklussteuerung der Prüf- und Referenzperiode ein taktgesteuerter
Zähler mit N+l Stufen vorgesehen ist, daß die Prüfzeit T durch die volle Zahl in den N Zählerstufen
darstellbar ist,
daß die N Stufen rückstellbar sind,
daß die ersten η Stufen des Zählers mit einem Decoder verbunden
sind, der bei einem' bestimmten, der Zeit δ entsprechendem Zählerstand
ein Signal abgibt,
daß die N+l-te Zählerstufe beim Überlauf des Zählers nach der
Prüfperiode und der Decoder bei Erreichen der der Zeit δ entsprechenden
Zahl ein Signal abgibt, durch das über ein UND-Glied ein Signal erzeugbar ist, welches mit Beginn der Referenzperiode
nach der Zeit δ die ersten η Stufen des Zählers zurückstellt, und daß dann der Sählvorgang zur Ermittlung der der Entladungszeit to
entsprechenden Zahl einleitbar ist.
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Die Sektionsumschaltung wird erfindungsgemäß in vorteilhafterweise
dadurch erreicht,
daß vom Zähler für die Positionskennzeichnung von einem wählbaren niederen bzw. höheren Zählerstand ein Signal ableitbar ist
zur Beaufschlagung eines SektionsnummernZählers zur Umschaltung
in eine nächstniedere bzw. nächsthöhere Sektionsnummer,
daß dieser Sektionsnummernzähler mit einem die Sektionsschalter
für die Sektionswahl am Spannungsteiler einstellenden Decodierer verbunden ist,
und daß beim Umschalten des Sektionsnummernzählers dessen Inhalt in den Zähler für die Positionskennzeichnung in bestimmte
Stufen derart übertragbar ist,
so daß durch den Zählerstand des Zählers für die Positionskennzeichnung
die absolute Position des markierenden PositionsStiftes
darstellbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird anschließend näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. la ein konventionelles eindimensionales analoges
Positionstableau,
Fig. Ib ein Spannungsteilerelement, wie es erfindungsgemäß
und auch gemäß Fig. la verwendbar ist,
Fig. 2 das in Fig. la dargestellte Positionstableau, modifiziert
zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignales ,
Fig. 3 die Steuerschaltung eines konventionellen
Positionstableaus zur Erzeugung einer digitalen
Ausgabe unter Verwendung eines Doppelrampen-Analog/Digitalkonverters ,
Fig. 4 Impulszüge an verschiedenen ausgewählten Punkten
der in Fig. 3 gezeigten Schaltung,
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Fig. 5 ein konventionelles Spannungsteilerelement zur
Verwendung in dem erfindungsgemäßen Positionstableau,
Fig. 6 eine Darstellung des Ausgangssignales des Spannungsteilers als Funktion des Ortes,
Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der konventionellen
und erfindungsgemäßen Arbeitsweise des Doppelrampen-Analog/Digitalkonverters
,
Fig. 8 die erfindungsgemäß modifizierte Steuerschaltung
gemäß Fig. 3,
Fig. 9 Einzelheiten der erfindungsgemäßen Zyklus-Steuer
schaltung,
Fign. 10a Impulszüge-an ausgewählten Punkten der in Fig. 9
bis 10h gezeigten Schaltung,
Fig. 11 eine Schaltung für die Sektionssteuerung der in
Fig. 8 gezeigten Steuerschaltung,
Fig. 12 ein Beispiel für die Anordnung eines drei Sektionen umfassenden Positionstableaus,
Fig. 13 eine Kurve für das digitale Ausgangesignal der
in Fig. 12 gezeigten Anordnung als Funktion des Ortes,
Fign. 14a eine Tabelle zur Arbeitsweise des erfindungsge-
und 14b mäßen Positionstableaus im Suchbetrieb,
Fig. 15 Einzelheiten des Decodierers, und Fig. 16 Einzelheiten der Sektionsumschalter.
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In graphischen Analogdatentableaus werden Positionspunkte in
einer Koordinatenrichtung im allgemeinen durch einen analogen elektrischen Wert dargestellt, der der Position eines Positionsabfühlstiftes
auf der Tafel proportional ist. Fig. la zeigt ein konventionelles eindimensionales analoges Positionstableau, das
aus einer Platte 2 aus Isoliermaterial und einem darüber liegenden Spannungsteilerelement 4 besteht, welches ein Linearwiderständ
sein kann, der mit einerr. Treibersignal von einer Signalquelle S
gespeist wird. Der Positionsabfühlstift 3 ist mit einer Abfühlschaltung
6 gekoppelt. Wenn dieser Stift 3 die Platte 2 berührt, wird ein der Position in der X-Richtung der Tafel proportionales
Potential abgefühlt und der Abfühlschaltung 6 zugeführt.
In einer X-Y-Koordinatendatentafel wird ein zweites Spannungstei·-
lerelement (nicht dargestellt) orthogonal zum Element 4 angeordnet.
Ein Beispiel für ein solches Spannungsteilerelement ist in Fig. Ib
gezeigt und im einzelnen in einer Patentschrift des gleichen Anmelders beschrieben.
Fig. 2 zeigt die Datentafel der Fig. la in einer Modifikation für digitale Ausgangsdaten. Die Darstellung in Fig. 2 unterscheidet
sich von der in Fig. la durch den zusätzlichen Schalter 23 und eine modifizierte Abfühlschaltung 12, die einen Doppelschleifen-Analog/Digitalkonverter
enthält. Ein Positionsmeßzyklus besteht
aus einer Prüfperiode und einer Bezugs(Referenz)periode. Während
der Bezugsperiode befindet sich der Schalter 23 in der gezeigten Stellung und wird während der Prüfperiode in die entgegengesetzte
Stellung umgeschaltet. Einzelheiten der Arbeitsweise einer solchen Digitaldaten-Anzeigetafel sind in einer Patentanmeldung des gleichen
Anmelders beschrieben. Die Fig. 3 der vorliegenden Beschreibung entspricht der Fig. 1 der erwähnten Anmeldung und zeigt
die Steuerschaltung 12 der Fig. 2.
Mit den Schaltern 23, 25 und 27 wird die Tafel aus der Prüfperiode
in die Referenzperiode umgeschaltet. Der Kondensator 29
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stellt die Kopplungskapazitanz zwischen dem Fühlstift 3 und der
Abfühlflache 2 dar, die zwischen dem Abfühlstift und dem Spannungsteilerelement
10 liegt und in Fig. 3 durch den Widerstand 20 dargestellt ist. Der Stift 3 ist in Fig. 3 durch den Schleifer
des Regelwiderstandes 20 dargestellt. Das vom Schleifer 24 abgenommene Potential wird an den Eingang des Verstärkerdetektors 31
angelegt, um einen Ausgangsimpuls der in Fig. 4d gezeigten Form zu
erzeugen. Während der Prüfperiode, die eine feste Periode T umfaßt,
befindet sich der Schalter 25 in der gezeigten Stellung und somit wird das Detektorausgangssignal, welches die Integratorzeitkonstante bestimmt, über den Widerstand 24 an den Integrator
33 angelegt. Der Ausgang des Detektors 31 lädt den Integrator 33 auf einen Wert auf, der durch die Integratorzeitkonstante und den
Wert des Detektorausgangssignales V gemäß Darstellung in Fig. 4e
bestimmt wird.
Während der Referenzperiode werden die Schalter 23, 25 und 27 auf
ihre entsprechenden Referenzstellungen umgeschaltet, wodurch die Detektorausgangsspannung V_ an den Integrator 33 über den
Inverter 39 und den Widerstand 26 gelegt wird, wodurch sich der Integrator entlädt. Die zur Entladung des Integrators benötigte
Zeit tQ ist proportional der relativen Stiftposition in der betrachteten
Koordinatenrichtung. Im betrachteten Beispiel ist die Koordinatenrichtung als X-Richtung angegeben.
Die Referenzspannung V2 (t), die durch das Schalterstellungs-Steuerflipflop
19 erzeugt wird, wird durch den Impuls in Fig. 4b dargestellt, während das Treiberpotential V1 Sin ω t für den Widerstand
20 in Fig. 4a gezeigt ist. Das Eingangssignal V. für den Detektor 31 während der Referenz- und der Prüfperiode ist in
Fig. 4c gezeigt.
Die Steuerschaltung der Fig. 3 arbeitet während der Prüfperiode
T vom Zeitpunkt T2 bis T. so, daß die Referenzseite des Flipflops
19 auf logisch Null steht, d.h. V2(t) ist niedrig, während die
Prüfseite des Flipflops 19 auf logisch Eins steht. Dadurch befinden
sich die Schalter 25 und 27 in den gezeigten Stellungen. YO 971 094 4 09 840/074 5
-S-
Die durch den Schleifer 24 abgefühlte Spannung V. ist somit eine Funktion der Schleiferposition/ bestimmt durch das Ver-
Rl
hältnis =— und die Kopplungskapazitanz. Die Prüfperiode
hältnis =— und die Kopplungskapazitanz. Die Prüfperiode
JL + K2
wird durch den Zähler 13 gesteuert und entspricht der Zeit, die der Taktgeber 11 braucht, um den Zähler 13 nach dessen Rückstellung
auf eine volle Zahl zu bringen. Wenn der Zähler 13 voll ist, wird er zurückgestellt durch ein Rückstellsignal,
welches gleichzeitig das Flipflop 19 umschaltet und dadurch die Steuerschaltung in die Referenzperiode setzt.
Da der Schalter 23 eine vernachlässigbar kleine Impedanz bildet, entspricht während der Referenzperiode das Signal V. dem
Treibersignal V Sin cat. Das ist in den Fign. 4a und 4c gezeigt. Wenn der Integrationsimpuls den Wert O erreicht, geht das Ausgangssignal
des Null-Übergangsdetektors 35 auf logisch Eins und lädt dadurch die Zahl im Zähler 13 in das Register 21. Die Zahl
im Zähler 13 entspricht jetzt der Zeit t , wobei das Verhältnis
1O Rl χ
—=— proportional dem Verhältnis =— bzw. =- ist.
J. ti, + ti— Jj
In dem bisher beschriebenen Positionstableau ist das Auflösungsvermögen
des Gerätes begrenzt durch die Systemelektronik, d.h. der kleinste meßbare Positionsschritt im System wird bestimmt
durch den kleinsten abfühlbaren Wert von V. .Je kleiner das Signal V. wird, desto größer ist die Gefahr, daß es durch Systemstörungen
überdeckt wird.
Das Auflösungsvermögen des bisher beschriebenen Positionstableaus wird verbessert, indem man die Spannungsteilerelemente, die in
Fig. 3 als Widerstand 20 dargestellt sind, in Sektionen einteilt, und das Treibersignal V. Sin tut an eine ausgewählte Sektion und
nicht wie bisher an den ganzen Widerstand 20 anlegt.
Zur Erklärung sei angenommen, daß der kleinste meßbare Spannungsabfall
über dem Widerstand 20 ein Volt beträgt und ein Treibersignal von 10 Volt an eine Länge von 10 Zoll des Wider-
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Standes angelegt wird. Der Widerstand kann also in Schritten von einem Zoll "aufgelöst" werden. Wenn das 10 Volt große Treibersignal
jedoch an eine Widerstandslänge von nur 5 Soll angelegt
wird, kann der Widerstand in Schritten von 1/2 Zoll "aufgelöst" werden, da jeder Spannungsabfall von einem Volt jetzt der Hälfte
eines Zolles entspricht. Betrachtet man wieder die Widerstandslänge von 10 Zoll, so kann der Widerstand in Schritten von 1/2
Zoll und nicht von 1 Zoll aufgelöst werden, wenn die 10 Volt große
Treiberspannung zuerst über einer Länge von 5 Zoll und dann über
die verbleibende Länge von 5 Zoll des Widerstandes angelegt wird.
Fig. 5 zeigt ein konventionelles resistives Spannungsteilerelement
zur Verwendung in Positionstableaus (graphischen Datentafeln)
, wie sie in Fig. Ib gezeigt sind. Es ist nach dem Erfindungsgedanken
in zwei Sektionselemente unterteilt. In konventionellen Tableaus wird das Treibersignal V Sin ujt an die Anzapfungen
A1^0 und BHi angelegt, die Anzapfungen BLQ und A^ erscheinen
nicht in dem konventionellen Element.
Nach dem Erfindungsgedanken ist das Spannungsteilerelement 10 mit einer Reihe von Anzapfungen versehen, die in der spezifischen
Darstellung das Element 10 in zwei Abschnitte unterteilen. Ein erster Abschnitt ist durch die Anzapfungen A_ und
A-. und der zweite Abschnitt durch die Anzapfungen B_ und B„.
bestimmt. Die beiden Abschnitte überlappen einander, um Nichtlinearitäten
an den Abschnittsgrenzen auszuschalten.
In Fig. 6 ist die Größe der Spannung V. als Funktion des Ortes
aufgezeichnet, wenn ein Treibersignal z.B. an den Abschnitt A des Elementes 10 angelegt wird. An den unteren und oberen Enden
des Abschnittes bestehen offensichtlich Nichtlinearitäten. Eine
Nichtlinearität existiert insbesondere zwischen der Anzapfung ALo und einem Punkt AQ· während eine zweite Nichtlinearität zwischen
dem Punkt A^. und einem anderen Punkt A513' liegt. Genaue
Positionsmessungen können also nur im linearen Bereich zwischen den Punkten A · und Ap-1 erfolgen. Das heißt, für einen Ab-
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schnitt müssen die Werte im Nullbereich und im vollen Ausschlagsbereich
der Skala der Tafel in dem linearen Bereich liegen. Dadurch muß der Analogdigitalkonverter so modifiziert
werden, daß er nach der Kurve in Fig. 7 arbeitet.
Fig. 7 zeigt in Kurven die Arbeitsweise des Doppelraten-Ana log/
Digitalkonverters, einmal nach der zuvor erwähnten Patentanmeldung und zum anderen die Arbeitsweise des erfindungsgemäß modifizierten
Konverters. Die gestrichelten Linien 100 der Fig. 7 zeigen die Ausgabe des Integrators 33 vor seiner Modifikation,
wenn das Treibersignal über einem Abschnitt z.B. dem Abschnitt A angelegt wird und der Positionsfühlerstift am oberen Ende der
Tafel A«. im nichtlinearen Bereich steht. Die modifizierten
Amplitudenpunkte A0 1 und Ap5* für den Nullbereich und den vollen
Aus Schlags bereich der Skala für den Abschnitt A und B ' und B„ '
U £ O
für den Abschnitt B, die den linearen Bereich der Abschnitte definieren,
werden durch Versuche in ihrer physikalischen Lage auf dem Tableau bestimmt.
Das Gerät muß so arbeiten, daß bei Stellung des Stiftes am Punkt AQ f und Erregung des Abschnittes A das Tableau eine Nullanzeige
und bei Stellung des Stiftes in der Position Ap3' einen vollen
Skalenanzeigewert T während der Referenzperiode liefert. Wenn der Analogdigitalkonverter, nicht modifiziert wird, wird der volle
Skalenwert T nur geliefert, wenn der Prüfstift am Punkt A0^ ist
und das Potential über den Anschlüssen A-. und A^. angelegt ist.
um den Konverter zu modifizieren, muß die Integrator-Zeitkonstante
während der Referenzperiode so weit erhöht werden, bis die Null-Obergangspunkte zu den Zeiten T + δ und 2T + θ auftreten,
wenn der Stift an den Punkten A0' bzw. Ap3' steht, wodurch die
Zeitdifferenz zwischen den NuIlübergangen, wenn der Stift entsprechend
an den Punkten A0 1 und A^15' steht gleich T entsprechend
einer vollen Skalenanzeige ist. Die Zeitkonstante des Integrators während der Referenzperiode kann einfach dadurch verändert werden,
daß man den Wert des Widerstandes 26 verändert. Der tatsächliche Zeitwert von S spielt keine Rolle, wenn er aber einmal festgelegt
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ist, wird die Steuerschaltung so modifiziert, daß der digitale Ausgangszähler 13 oder sein Äqivalent gemäß späterer Beschreibung
mit Hull zu zählen beginnt zur Zeit T + δ. Ohne Modifikation der
Integratorzeitkonstante ist die Zeitdifferenz zwischen den Nullübergängen,
wenn der Stift am neuen Ursprung A ' und am neuen vollen Skalenwert A51 ' steht, kleiner als die Periode T.
Fig. 8 zeigt die konventionelle Steuerschaltung der Fig. 3 nach dem Erfindungsgedanken modifiziert. Gleiche Elemente sind in
den Fign. mit denselben Zahlen bezeichnet. Fig. 8 unterscheidet sich" von Fig. 3 dadurch, daß die Zählerschaltung 13 ersetzt wurde
durch die Steuerschaltung 100, die in den Fign. 9 und 11 im einzelnen gezeigt ist, während der Widerstand 20 mit mehreren Anzapfungen
versehen ist, die wahlweise an die Leitungen 50 und durch die Sektionsschalter 500 angeschlossen werden können, die
im einzelnen in Fig. 16 gezeigt sind. Anschließend wird die Arbeitsweise der in Fig. 9 und 11 gezeigten Schaltungen beschrieben.
Wie bereits gesagt wurde, kann das Positionstableau in den beiden
Betriebsarten Suchbetrieb und Sektionsbetrieb betrieben werden. Einzelheiten der Betriebsartenumschaltung werden im Zusammenhang
mit Fig. 11 beschrieben. Hier genügt die Feststellung, daß die Betriebsartenumschaltung automatisch erfolgt und durch die Höhe
des Stiftes 3 von der Oberfläche 2 bestimmt wird. Mit einer Schwellenwertschaltung wird eine logische 1 geliefert, wenn der
Stift niedrig liegt und eine logische 0, wenn der Stift hoch ist.
Um die Dauer der Prüf- und Referenzperioden zu steuern, ist die Zyklussteuerschaltung der Fig. 9 vorgesehen. Diese Schaltung arbeitet
kontinuierlich und unabhängig von der Stiftposition. Die
Arbeitsweise der in Fig. 9 gezeigten Schaltung wird im Zusammenhang
mit den Impulszügen der Fig. 10 beschrieben. Die Fig. 10a zeigt das Signal des Integrators 33 während der Prüf- und Referenzperioden.
Der Zähler 300 wird durch ein Taktsignal auf der Leitung 3Ο4 vom Taktgeber 11 kontinuierlich vorgeschaltet. Eine
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Prüfzeit T ist definiert durch eine volle Zahl in den ersten zehn
Stufen des Zählers 300. Die Funktion der elften Stufe wird später genauer beschrieben. Die Rückstelleitung 306 ist nur an die ersten
zehn Stufen des Zählers 300 angeschlossen und somit werden nur diese Stufen durch Signale auf der Rückstelleitung zurückgestellt.
Der Decodierer'302 erkennt eine den Zeitpunkt δ entsprechende
Zahl, deren Ableitung vorher beschrieben wurde. Im betrachteten Beispiel wird angenommen, daß δ einer Zahl 32 entspricht,
was jedoch keinerlei Einschränkung darstellt. Je 32 Taktimpulse erzeugen also eine logische 1 am Ausgang des Decodierers
302 gemäß Darstellung in Fig. 1Od.
Der Zähler 300 muß eine Prüf- und eine Referenzperiode erzeugen, ungeachtet dessen, ob die Steuerschaltung im Suchbetrieb oder
im Sektionsbetrieb läuft. Am Anfang eines Meßzyklus, der aus einer Prüfperiode und einer anschließenden Referenzperiode
besteht, beginnt der Zähler 300 vorzuschalten und nach je 32 Taktimpulsen wird eine logische 1 am Ausgang des Decodierers 302
abgegeben. Da die Leitung 306, die mit der Stufe 11 verbunden ist, zu diesem Zeitpunkt auf logisch 0 steht, bleibt die Ausgabe
des UND-Gliedes 308 auf logisch 0. Der Zähler 300 zählt also weiter bis seine Stufen 6-10 eine volle Zahl erreichen. Zu diesem
Zeitpunkt kehren die Stufen auf Null zurück, während die Stufe 11 auf eine logische 1 geht und damit anzeigt, daß die
Prüfperiode T abgelaufen ist und die Referenzperiode anfangen sollte. Dieser Vorgang ist in Fig. 10c gezeigt. Der Anfang einer
Referenzperiode ist gekennzeichnet durch eine logische 1 auf der Leitung 306, die die UND-Glieder 310 und 308 einschaltet. Die
ersten zehn Stufen des Zählers 300 fangen wieder an vorzuschalten, dieses Mal wird jedoch die beim ersten Erreichen der Zahl
32 erzeugte logische 1 am Ausgang des Decodierers 302 durch das UND-Glied 308 weitergeleitet und schaltet das Schaltglied 314
ein, wodurch die δ-Verriegelung 318 verriegelt wird. Dieser Vorgang
ist in Fig. 1Oe gezeigt. Wenn die Verriegelung 318 verriegelt ist, wird das Schaltglied 314 durch das Arbeiten des Inverters
316 abgeschaltet. Zwischen dem Einschalten des UND-Gliedes
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314 und dem Verriegeln der Verriegelung 318 liegt jedoch eine
kurze Verzögerung, so daß die Ausgabe des Schaltgliedes 314 momentan eine logische 1 einnimmt, gemäß Darstellung in Fig. 1Of,
bevor sie durch den Inverter 316 nach Verriegeln der Verriegelung 318 abgeschaltet wird. Dieser logische Einerpuls vom UND-Glied
314 wird der Rückstelleitung 315 zugeführt und dadurch werden die ersten zehn Stufen des Zählers 300 auf Null zurückgestellt, während
gleichzeitig der Rucksteilimpuls durch das UND-Glied 310,
welches durch die logische 1 eingeschaltet ist, in die elfte Stufe des Zählers 300 geleitet wird. Die logische 1 am Ausgang des
UND-Gliedes 310 verriegelt die Verriegelung 312 und startet die Taktverriegelung, die die Schaltung der Fig. 11 aktiviert. Da
der Zähler 300 während der Referenzperiode zur Zeit δ zurückgestellt
wird, erfolgen alle Ablesungen zwischen dem modifizierten Nullpunkt und dem modifizierten höchsten Skalenpunkt.
Die Stellungen der Schalter 23, 25 und 27 der Fig. 8 werden durch die Prüfverriegelung 316 gesteuert. Am Anfang einer Prüfperiode
ist die Verriegelung 316 verriegelt. Wenn die Zyklussteuerschaltung eine Referenzperiodenanzeige durch eine logische 1 in der
Stufe 11 des Zählers 300 erzeugt, wird die Verriegelung 316 zurückgestellt und die Leitung 32Ο führt einen logisch niedrigen Signalpegel,
wodurch die Schalter 23, 25 und 27 in Referenzposition umgeschaltet werden. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Integrator
sich zu entladen und entwickelt einen Zeitwert, der der Position des Schleifers 24 proportional ist. Der Zähler 300 zählt weiter
und wenn ein NuIlübergang durch den Nullübergangsdetektor 35 erkannt
wird, wird die Verriegelung 312 zurückgestellt, um den Taktgeber abzuschalten, wodurch gemäß Beschreibung der Fig. 11
ein Meßzähler 203 nicht mehr weiter vorgeschaltet und eine dem Zeitpunkt tQ entsprechende Zahl ausgelesen wird.
Auch wenn der Taktgeber abgeschaltet ist, zählt der Zähler 300 "
bis zur vollen Zahl weiter, wodurch die Stufe 11 auf logisch O zurückkehrt. An diesem Punkt läuft der Zähler rund und beginnt
wieder vorzuschalten in einer überlaufperiode. Diese überlaufzeit
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ist wählbar und der Wählprozeß wird anschließend beschrieben. Im betrachteten spezifischen Beispiel tritt das Ende der Überlaufperiode
auf, wenn ein logisch hohes Signal auf der mit der siebten Stufe des Zählers 300 verbundenen Leitung 322 erscheint. Die Leitung
322 kann natürlich auch an andere Stufen des Zählers 3OO abhängig von der jeweils gewünschten Überlaufperiode angeschlossen
sein. Da zu diesem Zeitpunkt die Stufe 11 des Zählers 300 auf logisch O steht, ist die Leitung 327 auf logisch 1 durch das Arbeiten
des Inverters 324 und somit wird das UND-Glied 326 teilweise eingeschaltet. Die Verriegelung 318 bleibt verriegelt und
somit auch die Leitung 328 auf logisch 1. Wenn also die Leitung 322 zum ersten Mal den Zustand einer logischen 1 einnimmt, nachdem
die elfte Stufe des Zählers 300 von logisch 1 auf logisch 0
umgeschaltet wurde, dann läuft die Ausgabe des UND-Gliedes 326 auf logisch 1 und erzeugt einen Rückstellimpuls, der den Zähler
3OO zurückstellt, während er durch das UND-Glied 332, eingeschaltet durch die logische 1 auf der Leitung 327, läuft und die Probeverriegelung
316 verriegelt, wodurch die Leitung 320 wieder auf logisch 1 geht. Wenn die Leitung 320 auf. logisch 1 steht,
werden die Schalter 23, 25 und 27 wieder in ihre Prüfposition geschaltet. Außerdem wird ein logisches Einersignal auf der Leitung
320 an den Rückstelleingang der Deltaverriegelung 318 angelegt und diese wird dadurch zurückgestellt. Die Zyklussteuerschaltung
der Fig. 9 wurde somit Initialisiert und ist bereit, einen neuen, mit einer Prüfperiode beginnenden Zyklus zu starten.
Anschließend wird beschrieben, wozu die Überlaufperiode benötigt wird. Die Überlaufperiode wird für die überlaufzahl benötigt,
die im Zähler 203 der Fig. 11 auftritt, wenn der Abfühlstift über den modifizierten Punkt des vollen Skalenausschlags in einer
bestimmten Sektion hinausgeht. In diesem Überlaufbereich erfolgt die Hochschaltung in die nächst höhere Sektion. Mit dem
Überlaufbereich wird eine glatte fehlerfreie Umschaltung zwischen
den Sektionen ermöglicht. Bei der Sektioneumschaltung brauchen
auch bei schneller Bewegung des Abfühlstiftes nur die Fehler zugelassen zu werden, die aurch die normalen Begrenzungen der Konversionsprüfrate
hervorgerufen werden. Ein spezifisches Beispiel YO 971 094 409840/0745
dient der besseren Erklärung. Die Schaltung kann so ausgelegt werden, daß die Umschaltung am Ende des Zyklus erfolgt, wo ein
Überlauf von acht oder mehr Einheiten erkannt wird. Die Größe des Überlaufes ist gleich dem Betrag über Null der nächst höheren
Sektion. Wenn die Umschaltung in eine Sektion von der darüberliegenden erfolgt, kann der Herunter-Schaltpunkt bei der Zahl 4
oaer darunter liegen. Bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten des Abfühlstiftes können also zwischen den Proben sogar vier Koordinatenpunkte
übersprungen werden und es wird immer noch die richtige -Position während des Zyklus bestimmt, in dem umgeschaltet
werden muß. Wenn der Abfühlstift in seiner unteren Stellung liegt, läuft das Tableau im Sektionsbetrieb, gekennzeichnet durch ein logisch
hohes Signal am Ausgang der Schwellenwertschaltung 210. Zum Beginn der Taktimpulse des Meßzyklus, der den Anfang einer
Referenzperiode darstellt, wird der Zähler 203 zurückgestellt und
beginnt vorzuschalten, während sich der Integrator 33 nach Null entlädt. Da das UND-Glied 222 jetzt eingeschaltet ist, während
das UND-Glied 218 abgeschaltet ist, werden die Taktimpulse vom Taktgeber 11 an die ersten 10 Stufen des Zählers 203 angelegt.
Nimmt man an, daß sich der Stift innerhalb der durch die Stellung des Registers 242 bezeichneten Sektion innerhalb des linearen
Bereiches dieser Sektion befindet, so erreicht der Zähler 203 eine volle Zahl erst, wenn die Taktimpulse aufhören. In einem
spezifischen Beispiel wurde bekanntlich eine Überlaufzahl von acht oder mehr während der Referenzperiode erzeugt oder wenn
der Zähler 203 eine Zahl kleiner vier präsentiert, muß die Umschaltung
auf die nächst höhere oder niedrigere Sektion erfolgen. Für diese Umschaltung wird die Ausgabe der monostabilen Kippschaltung
224 auf den Einschaltanschluß des Flipflop 228 geleitet. Wenn die ersten drei Stufen des Zählers 203 keine Zahl vier
oder höher während der Referenzperiode erreichen können, bleibt das Flipflop 228 am Ende der Taktimpulse eingeschaltet und schaltet
dadurch teilweise das UND-Glied 232 ein. Das UND-Glied 232 wird voll eingeschaltet durch die logische 1 auf der Leitung 205.
Am Ende der Taktimpulse nimmt also der Ausgang des Inverters die Stellung einer logischen 1 an, und dieses Signal wird dann
971 094 A 0 9 8 U 0 / 0 7 L 5
durch das UND-Glied 232 geleitet, um die Befehlseingabe des Registers
242 herabzusetzen, wodurch der Inhalt des Registers um die Zahl Eins heruntergesetzt und dadurch die nächst niedere
Sektion bezeichnet wird. Aufgrund der Herabsetzung des Inhaltes des Registers 242 ändert sich die Ausgabe des Decodierers 400
und die Sektionsschalter werden auf die nächst niedere Sektion umgeschaltet. Am Anfang der nächsten Referenzperiode wird der
Inhalt' des Registers 242 in die Stufen 11-13 des Zählers 203 geladen.
Wenn sich der Stift mindestens acht Zahlen hinter den modifizierten
vollen Skalenausschlagspunkt bewegt hat, muß das Tableau folgendermaßen
auf die nächst höhere Sektion hochgeschaltet werden.
Da der Stift den modifizierten Nullpunkt der Skala der erregten Sektion passiert hat, bevor die Taktimpulse enden, haben die
ersten zehn Stufen des Zählers 203 eine volle Zahl erreicht und sind herumgelaufen, um wieder mit dem Zählen zu beginnen. Wenn
in den Stufen 1-10 eine volle Zahl erreicht ist, wird das Flipflop 246 eingeschaltet und dadurch teilweise auch das UND-Glied
268. Das UND-Glied 268 wird voll eingeschaltet durch die logische 1 auf der Leitung 205, da sich der Stift in seiner unteren
Lage befindet. Wenn nach dem Umlauf der Stufen 1-10 die Zahl acht oder eine höhere Zahl erkannt wird, geht die Leitung 250
auf ein logisch hohes Signal, welches durch das UND-Glied 26S
gelaufen ist, um die Befehlseingabe des Registers 242 heraufzusetzen,
wodurch die Zahl im Register 242 um 1 heraufgesetzt und dadurch die nächst höhere Sektion bezeichnet wird. Die Zustandsänderung
im Register 242 wird durch den Decodierer 400 erkannt, der dann die Sektionsschalter 500 auf die nächst höhere Sektion
umschaltet.
Die für eine bestimmte Stiftposition während des Sektionsbetriebes
erzeugte Positionsbezeichnungszahl soll eine entsprechende
Zahl erzeugen, wenn sich das Tableau im Suchbetrieb befindet. Um gültige Werte zu erhalten, muß jede Sektion bekanntlich innerhalb
ihres linearen Bereiches betrieben werden. Zu diesem Zweck wurde YO 971 094 409840/0745
die Zeitkonstante des Integrators 33 während des Referenzbetriebes
so geändert, daß ein bestimmter experimentell ermittelter δ-Zeitpunkt entwickelt wurde, der eine spezifische Verschiebung
darstellt, die als die Strecke zwischen dem tatsächlichen Ursprung
der Sektion und dem modifizierten Ursprung oder dem tatsächlichen vollen Skalenausschlagspunkt der Sektion und dem modifizierten
vollen Skalenpunkt definiert ist. Diese Verschiebung kann als Prozentsatz der gesamten Sektionslänge angesehen werden, d. h.,
ein spezifisches δ kann mit 15 % der gesamten Sektionslänge definiert worden sein. Da die Zeitkonstante des Integrators nicht
verändert wird, wenn das Tableau im Suchbetrieb arbeitet, wird dieselbe Verschiebung entwickelt. Diese Verschiebung ist jedoch ein
Prozentsatz der gesamten Länge des Spannungsteilerelementes und nicht nur der Länge einer Sektion und somit wird durch den Zeitpunkt
δ eine wesentlich größere Strecke dargestellt. Während des Suchbetriebes stellt daher die Zahl Null im Zähler 203 nicht den
Punkt an dem modifizierten Nullpunkt A ', sondern irgend eine
Strecke weiter von A ' zum hohen Ende des Elementes hin dar. Zur Lösung dieses Problemes sind im Sektionsschaltnetz 500 die Widerstände
510 und 512 vorgesehen. Diese Widerstände liefern einen . zusätzlichen Spannungsabfall, der zur Kompensation der größeren
Verschiebung notwendig ist, die beim Betrieb des Tableaus im Suchbetrieb gegenüber dem Sektionsbetrieb entwickelt wird.
971 094 40 98 AQ/0745
Claims (9)
- PATENTANSPRÜCHEVerfahren zur Positionsbestimmung eines Positionsstiftes auf einem Positionstableau, wobei jeder Koordinatenrichtung des Positionstableaus ein Spannungsteiler zugeordnet und mit einer Klemmenspannung beaufschlagbar ist und ein"Potential durch den eine Position markierenden Positionsstift auskoppelbar ist, dessen Größe zur Koordinatenbestimmung der markierten Position benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler in einzelne benachbarte Sektionen aufgeteilt wird,daß nur die Sektion der Stiftposition mit der Klemmenspannung beaufschlagt wird,daß die Koordinate der markierten Position aus der Sektionsnummer und der Lage des Stiftes innerhalb der Sektion bestimmt wird,wobei sich letztere in an sich bekannter Weise dadurch bestimmen läßt,daß während einer Prüfperiode ein der Stiftposition entsprechendes Potential mittels des PositionsStiftes ausgekoppelt und einer Integratorschaltung zugeführt wird und innerhalb einer nachfolgenden Referenzperiode die Integratorschaltung in einer Zeit to, welche dem Positionskoordinatenv7ert entspricht, entladen wird und daßmit Beginn des Entladevorganges ein taktgesteuerter Zähler 13 anläuft, dessen Zählerstand beim" Nulldurchgang des Entladesignales mittels eines Nulldetektors (35) in ein Register ausgeblendet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die benachbarten Sektionen des Spannungsteilers zur Vermeidung von Nichlihearitäten einander überlappen.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Klemmenanschlüsse A^0 und A^, einer Sektion nur der Bereich für eine PositionsbestimmungYO 971 094 409840/Ö745— xy —genutzt wird, in welchem eine lineare Abhängigkeit des auskoppelbaren Positionsstiftpotentiales als Funktion des Ortes besteht.
- 4.. Verfahren nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet, daß sich die Klemmenanschlusse A . und Bx zweier benachbarterHX JjUSektionen um einen Betrag überlappen, der dem doppelten nichtlinearen Bereich am Ende bzw. Anfang einer Sektion entspricht.
- 5. ' Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daßzur Ermittlung des Koordinatenwertes der markierten Position innerhalb einer Sektion der Zähler (13) nur im linearen Teil der Sektion von O bis zu einem maximalen Höchstwert, je nach Höhe der ausgekoppelten Signalamplitude, zählt.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Maximalzeit T begrenzte ZählVorgang erst nach einer Zeit S nach der Prüfperiode begonnen wird, wobei die Zeit δ dem nichtlinearen Teil am Anfang bzw. Ende einer Sektion entspricht.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit δ durch Wahl eines am Eingang des Integrators liegenden Widerstandes (26) festgelegt wird, welcher entweder mit dem Referenzpotential oder im Falle der Prüfperiode mit Masse verbunden wird.
- 8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zyklussteuerung der Prüf- und Referenzperiode ein taktgesteuerter Zähler (300) mit N+l Stufen vorgesehen ist, daß die Prüfzeit T durch die volle Zahl in den N Zählerstufen darstellbar ist,
daß die N Stufen rückstellbar sind,Y0 971 094 409840/0745241daß die ersten η Stufen des Zählers (30O) mit einem Decoder (302) verbunden sind, der bei einem bestimmten, der Zeit 6- entsprechendem Zählerstand ein Signal abgibt, daß die N+l-te Zählerstufe beim Überlauf des Zählers nach der Prüfperiode und der Decoder (302) bei Erreichen der der Zeit δ entsprechenden Zahl ein Signal abgibt, durch das über ein UND-Glied (308) ein Signal erzeugbar ist, welches mit Beginn der Referenzperiode nach der Zeit $ die ersten η Stufen des Zählers (300) zurückstellt, und daß dann der ZählVorgang zur Ermittlung der der Entladungszeit tQ entsprechenden Zahl einleitbar ist. - 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zähler für die Positionskennzeichnung von einem wählbaren niederen bzw. höheren Zählerstand ein Signal ableitbar ist zur Beaufschlagung eines Sektionsnummernzählers (242) zur Umschaltung in eine nächstniedere bzw. nächsthöhere Sektionsnummer,daß dieser Sektionsnummernzähler (242) mit einem die Sektionsschalter (500) für die Sektionswahl am Spannungsteiler einstellenden Decodierer (400) verbunden ist, und daß beim Umschalten des Sektionsnummernzählers (242) dessen Inhalt in den Zähler für die Positionskennzeichnung in bestimmte Stufen derart übertragbar ist, so daß durch den Zählerstand des Zählers für die Positionskennzeichnung die absolute Position des markierenden Positionsstiftes darstellbar ist.YO 971 094 409840/0745Leeseite
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